組網(wǎng)技術(shù)(1)課件

第四部分組網(wǎng)技術(shù)

一、移動(dòng)通信對組網(wǎng)的要求：1、各通信系統(tǒng)如何共享頻率資源：

例如蜂窩系統(tǒng)采用

2、在存在傳播損耗的通信環(huán)境下，系統(tǒng)服務(wù)區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)定多少基站？對于給定的頻率資源，如何在基站之間分配以滿足用戶容量的要求？即區(qū)域覆蓋技術(shù)。小區(qū)制和頻率復(fù)用3、系統(tǒng)服務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)如何連接？即移動(dòng)通信應(yīng)采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；净綧SCPSTNISDN5、采用何種網(wǎng)絡(luò)控制信令？如何在用戶和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)之間交換控制信息，對呼叫過程、移動(dòng)性管理過程和網(wǎng)絡(luò)互連過程進(jìn)行控制，保證網(wǎng)絡(luò)有序的運(yùn)行。移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展：1、第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)：AMPS、TACS、NMT2、第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)：GSM、DAMPS、PDC、IS-953、第三代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)：CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA

5.2

(MultipleAccessTechnique)多址接入技術(shù)

多址接入技術(shù)，是解決在無線通信網(wǎng)中，使許多移動(dòng)用戶同時(shí)共享有限頻譜的技術(shù)。

頻分多址時(shí)分多址

碼分多址FDMATDMA

CDMA三種主要接入方式:在時(shí)分多址中不同信道占用一個(gè)周期性重復(fù)的時(shí)隙頻率TDMA示意圖?

FDMA是將給定的頻譜資源劃分為不同頻道分配給每一個(gè)用戶使用；?

TDMA將無線頻譜按時(shí)隙劃分，分配給不同用戶；

?

以信號波形（代碼序列）不同區(qū)分不同用戶稱作CDMA連接。通常是將雙工技術(shù)（FDD和TDD）與特定的FDMA，TDMA和CDMA多址方式共同使用。例如，F(xiàn)DMA/FDD系統(tǒng)TDMA/FDD系統(tǒng)分配給用戶一對頻道:

而在TDMA/TDD系統(tǒng)中，分配給用戶一個(gè)信道，在幀信息中，時(shí)隙的一半用于前向鏈路，另一半用于反向鏈路，收發(fā)使用相同的頻率。前向信道和后向信道

除了FDMA，TDMA和CDMA，還有兩種多址模式：

空分多址（SDMA）

隨機(jī)多址CSMA空分多址：是通過空間的分割來區(qū)分不同用戶。采用陣列天線在不同用戶方向上形成不同的波束來實(shí)現(xiàn)。本章主要介紹前面三種多址接入技術(shù)。

下表列出各種無線通信系統(tǒng)中正在使用的不同的多址接入技術(shù)：

CDMA/FDD美國窄帶擴(kuò)頻（IS-95)

FDMA/TDD歐洲數(shù)字無繩電話（DECT)）

FDMA/TDD

CT2（無繩電話）

TDMA/FDD

日本數(shù)字蜂窩(JDC)

TDMA/FDD

美國數(shù)字蜂窩(USDC)

TDMA/FDD

全球移動(dòng)電話系統(tǒng)(GSM)

FDMA/FDD

高級移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)

多址技術(shù)

移動(dòng)電話系統(tǒng)1.FDMA：

（物理意義：頻域里頻道相互不重疊）2.TDMA:（時(shí)域里時(shí)隙相互不重疊）3.CDMA:

（碼型軸上碼型Ci相互不重疊）(5.1)

FDMA系統(tǒng)按不同頻道區(qū)分用戶。收發(fā)雙方各使用一個(gè)信道，收發(fā)頻率間隔必須大于一定數(shù)值。通常采用頻分雙工（FDD）實(shí)現(xiàn)雙工通信。5.2.1頻分多址（

FDMA）：FDMA/FDD系統(tǒng)工作示意圖F1f1F2f2F3f3FDMA特點(diǎn)：?FDMA每個(gè)頻道只傳送一路電話；?連續(xù)傳輸,一旦給移動(dòng)臺(tái)分配了頻道，移動(dòng)臺(tái)和基站同時(shí)連續(xù)不斷發(fā)射；?信道帶寬較窄（25kHz或30kHz），即FDMA通常使用窄帶系統(tǒng)；?傳輸速率低。碼元持續(xù)時(shí)間較長,與平均延遲擴(kuò)展相比很大,這意味著碼間干擾低，不需要均衡；如何實(shí)現(xiàn)信道共用是FDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的。

假如一個(gè)基站有n個(gè)信道,信道復(fù)用后，有可能發(fā)生所有信道均被占用，而新的呼叫不能接通的情況，發(fā)生這種情況的概率有多大？指允許大量用戶在一個(gè)小區(qū)內(nèi)共享有限的信道，即從可用信道中按需給用戶分配信道。

1）中繼的概念：

中繼理論的基本原理是19世紀(jì)末丹麥數(shù)學(xué)家愛爾蘭（Erlang）提出來的，他致力于研究怎樣由有限的能力為大量的用戶服務(wù)。現(xiàn)在以他的名字作為話務(wù)量強(qiáng)度單位。一個(gè)愛爾蘭（Erlang）表示一個(gè)完全被占用的信道的話務(wù)量強(qiáng)度，即：

單位小時(shí)的呼叫小時(shí)（呼叫小時(shí)/小時(shí)）0.5Erlang(1Erlang)

或單位分鐘的呼叫分鐘（呼叫分鐘/分鐘）例如：一個(gè)在一小時(shí)內(nèi)被占用了30分鐘（60分鐘）的信道的話務(wù)量為：例5.1：某系統(tǒng)有50個(gè)用戶，每個(gè)用戶平均每小時(shí)發(fā)出2次呼叫，每次呼叫平均保持3分鐘，則每個(gè)用戶的話務(wù)量：

它表示系統(tǒng)中平均每個(gè)用戶每小時(shí)占用信道的時(shí)間為0.1小時(shí)。系統(tǒng)總話務(wù)量：

表示50個(gè)用戶在系統(tǒng)中產(chǎn)生的話務(wù)量為5愛爾蘭。其中為完成話務(wù)量。式中看出：呼損率B，呼叫成功率，用戶越滿意。3）呼損率B：損失話務(wù)量占流入話務(wù)量的比率：（5.5）B也稱作服務(wù)等級GOS（GradeofService).

呼損率的計(jì)算：對于有N個(gè)信道的共用系統(tǒng),愛爾蘭呼損公式為:（5-9）在B給定的條件下，可計(jì)算共用n個(gè)信道所能承受的流入話務(wù)量A；在給定流入話務(wù)量A，可計(jì)算達(dá)到某一服務(wù)等級B應(yīng)取的共用信道數(shù)n；3.在給定共用信道數(shù)n，可算出各種流入話務(wù)量A時(shí)的服務(wù)等級B。呼損率不同，信道的利用率η也不同，表5.2給出了B、n、A和η之間的關(guān)系。4)用戶忙時(shí)的話務(wù)量與用戶數(shù)同時(shí)根據(jù)用戶數(shù)U每用戶的話務(wù)量可得流入話務(wù)量(A)與用戶數(shù)的關(guān)系(一般在工程設(shè)計(jì)時(shí)，將每用戶的話務(wù)量考慮為忙時(shí)話務(wù)量計(jì)算)。每用戶忙時(shí)話務(wù)量aC：用戶每天平均呼叫的次數(shù)T：每次呼叫平均占用信道的時(shí)間(秒/次)K：集中系數(shù)，忙時(shí)話務(wù)量對全日(24小時(shí))話務(wù)量的比，一般選10%~15%例：C=3次/天，T=120秒/次，K=10％

解：a=0.01Erl/用戶每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)當(dāng)每個(gè)用戶忙時(shí)的話務(wù)量(a)確定后，每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m與A的關(guān)系。用戶總數(shù)：

M=mn=A/a。

例5.2：B=0.05，a=0.01(1),若有n=5，M=?

n=5，查表,A=2.218,

M=A/a=2.218/0.01=221(2),若M＝700個(gè)用戶，n=?

A=Ma=0.01×700=7，查表計(jì)算為：n=11例5.3，某移動(dòng)通信系統(tǒng)，每天每個(gè)用戶平均呼叫10次，每次占用信道的平均時(shí)間為80秒，呼損率要求10％，集中系數(shù)為K=0.125，問給定8個(gè)信道能容納多少個(gè)用戶？

解：(1)根據(jù)呼損率(B)及信道數(shù)(n)，查表求總話務(wù)量A。查表求得A=5.597Erl。(2)求每個(gè)用戶忙時(shí)話務(wù)量a：(4)求系統(tǒng)所容納的用戶數(shù)M：(3)求每個(gè)信道所能容納的用戶數(shù)m：5).空閑信道的選取:移動(dòng)通信網(wǎng)中,每個(gè)用戶發(fā)起呼叫時(shí),從n個(gè)共用信道中選取一個(gè)空閑信道，一般有兩種方式:?專用呼叫信道方式；?標(biāo)明空閑信道方式。

系統(tǒng)中設(shè)置專用呼叫信道,用于處理呼叫請求。移動(dòng)臺(tái)不通話時(shí)在呼叫信道上守候，發(fā)起呼叫時(shí)：

上行專用呼叫信道發(fā)起呼叫下行專用呼叫信道指定空閑信道

移動(dòng)臺(tái)基站(

移動(dòng)臺(tái)通話結(jié)束后自動(dòng)返回專用信道守候)

?專用呼叫信道方式:專用呼叫信道方式優(yōu)點(diǎn):

處理呼叫速度快,但占用專門呼叫信道,信道利用率低,適合大容量系統(tǒng)。900MHz蜂窩移動(dòng)電話采用此種方式。2)標(biāo)明空閑信道方式:分為:循環(huán)定位循環(huán)不定位方式等。1.循環(huán)定位:不設(shè)置專門呼叫信道,所有信道呼叫和通話同時(shí)進(jìn)行；基站發(fā)出空閑信號,所有移動(dòng)臺(tái)自動(dòng)掃描信道,移動(dòng)臺(tái)一旦在某信道收到空閑信號,就定位在該信道通話。優(yōu)點(diǎn):

所有信道都可用于通話,信道利用率高,主呼、被呼在同一信道,處理呼叫快。但多個(gè)用戶發(fā)起同時(shí)呼叫的同搶概率大。適合小容量系統(tǒng)。2.循環(huán)不定位:

為減少同搶概率,循環(huán)掃描不定位,由于移動(dòng)臺(tái)對信道掃描順序不同,避免了同搶呼叫。但移動(dòng)臺(tái)主叫時(shí)先搜索空閑信道,循環(huán)掃描時(shí)不能接收信號,處理呼叫速度稍慢。移動(dòng)臺(tái):基站:基站必須在空閑信道上先發(fā)出保持信號,等待移動(dòng)臺(tái)搜尋并鎖定。把時(shí)間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙。在時(shí)分雙工TDD方式中，上下行幀都在相同的頻率上。為避免時(shí)延擴(kuò)展造成的各移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號不會(huì)重疊，上行時(shí)隙必須有保護(hù)間隔。5.2.1時(shí)分多址（TDMA):(TimeDivisionMultipleAccess)TDMA中不同信道占用一個(gè)周期性重復(fù)的時(shí)隙

移動(dòng)臺(tái)：

基站：在每幀內(nèi)只在指定的時(shí)隙向基站發(fā)送信號，在定時(shí)和同步條件下，基站接收到各移動(dòng)臺(tái)的信號而互不干擾。

發(fā)向各移動(dòng)臺(tái)的信號都按順序在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)臺(tái)只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能區(qū)分各路信號。TDMA系統(tǒng)主要應(yīng)考慮的問題：

控制信令的傳輸同步抗多徑干擾

主要措施：1、在每個(gè)時(shí)隙中，劃出專門的比特用于控制和信令的傳輸。2、為便于接收端利用均衡器克服多徑引起的碼間干擾，在時(shí)隙中插入自適應(yīng)均衡器所需的訓(xùn)練序列。3、在上行鏈路的每個(gè)時(shí)隙中留出一定的保護(hù)間隔。4、為便于接收端的同步，在每個(gè)時(shí)隙中要傳輸同步序列。例5.4

如果GSM使用每幀包含8個(gè)時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)，每時(shí)隙(slot)含有156.25比特，信道中數(shù)據(jù)率為270.833kbps.

求：（a）一比特的時(shí)長；（b）一時(shí)隙長；（c）幀長；（d）占用一個(gè)時(shí)隙的用戶在兩次發(fā)射之間必須等待的時(shí)間。解：（a）一比特時(shí)長：（b）一時(shí)隙長：（c）幀長：（d）用戶必須等待4.615ms在新一幀到來之后才可進(jìn)行下一次發(fā)射。?TDMA使幾個(gè)用戶共享一個(gè)載波頻率,每個(gè)用戶利用不同時(shí)隙。?

數(shù)據(jù)傳送不連續(xù)，采用分組發(fā)送。因而電池消耗低，切換容易；

TDMA的特點(diǎn):?TDMA系統(tǒng)必須有精確的定時(shí)和同步。?TDMA系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙(因?yàn)槊總€(gè)人的講話時(shí)間不足40%),有話音時(shí)分配時(shí)隙，無話音時(shí)不分配時(shí)隙，有利于提高系統(tǒng)容量。(3)碼分多址（CDMA）:(CodeDivisionMultipleAccess)

在碼分多址通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息是用不同的編碼序列來區(qū)分，或者說靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來觀察，多個(gè)信號是相互重疊的。

接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號，其他不同碼型(波形)的信號不能被解調(diào)，接收機(jī)將它們視為噪聲處理。

CDMA以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)，擴(kuò)頻信號是一種用偽隨機(jī)序列調(diào)制的寬帶信號，常用的有兩種：跳頻(FrequencyHopping)信號直接擴(kuò)頻序列（DirectSequence）

CDMA采用頻分雙工（FDD）模式，即正向傳輸和反向傳輸各使用一個(gè)頻率。1.FH-CDMA:

各用戶調(diào)制信號的中心頻率隨所使用的偽隨機(jī)（PN）序列跳變。各頻率序列要求相互正交，并且在任一時(shí)刻都不相同。如圖所示：2.DS-CDMA

所有的用戶使用相同的中心頻率，輸入數(shù)據(jù)序列與PN序列相乘得到寬帶信號。不同的用戶使用不同的PN序列，PN序列相互正交，利用PN序列的不同來區(qū)分不同的用戶。CDMA以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ):

以美國的IS-95系統(tǒng)的前向傳輸信道為例,主要包括用：Walsh函數(shù)和PN序列調(diào)制擴(kuò)頻不同信道的地址用正交Walsh函數(shù)區(qū)分;

不同小區(qū)靠PN序列的不同相位區(qū)分。兩個(gè)步驟

Walsh序列為正交序列，由64個(gè)二進(jìn)制序列組成，每個(gè)序列有64個(gè)碼片，并且相互正交,

因此可以得到64個(gè)邏輯信道，通常用于下行鏈路。

1.控制信道（導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道）2.業(yè)務(wù)信